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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Planetenträger für ein Planetengetriebe, insbesondere einer Windkraftanlage, sowie ein Planetengetriebe gemäß der in den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche näher definierten Art.
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Aus der
DE 601 09 978 T2 ist ein Träger bekannt, der ein Paar von Flanschen aufweist, die einander gegenüberliegen und so ausgebildet sind, dass sie zwischen den Flanschen rotierende Körper drehbar lagern. Die Flansche sind mittels Verbindungen miteinander verbunden. Die Flansche sind ringförmig ausgebildet. Die ringförmigen Flansche und die Verbindungen sind durch plastische Verformungen eines einzigen Werkstoffs bei ununterbrochenem Werkstofffluss einstückig ausgebildet.
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Aus der
DE 100 43 564 A1 ist ein Planetenträger für ein Planetengetriebe bekannt, der aus einer ersten Wange besteht, die auf der einen Seite mit einem Wellenflansch und auf der anderen Seite über Stege mit einer zweiten Wange verbunden ist. Der Planetenträger ist als ein einstückiges Gussteil ausgebildet. Die Stege sind durch Kreissegmentprofile gebildet, die mittig eingeschnürt sind. Die Wangen sind seitlich mit Abschrägungen versehen und über diese Abschrägungen mit den Enden der Stege verbunden. Die einander gegenüberliegenden Seiten der Stege bilden Mantelöffnungen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und Zeichnungen.
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Es wird ein Planetenträger für ein Planetengetriebe, insbesondere einer Windkraftanlage, vorgeschlagen, der zwei gegenüberliegende Wangen aufweist, die voneinander beabstandet und über Stege miteinander verbunden sind. Ferner weist der Planetenträger freie Planetenbereiche zur Aufnahme drehbar gelagerter Planetenräder auf, die zwischen den beiden Wangen ausgebildet sind. Die Planetenbereiche sind in Umfangsrichtung des Planetenträgers jeweils zwischen zwei benachbarten Stegen ausgebildet. Die Stege sind als Ringsegmente ausgebildet. Zumindest eines dieser Ringsegmente weist zumindest eine erste und alternativ oder zusätzlich zumindest eine zweite Aussparung auf. Die erste Aussparung ist an einer radial inneren ersten Begrenzungsfläche des Ringsegments ausgebildet. Hierdurch kann vorteilhafterweise bei gleichem Bauraum das Gewicht des Planetenträgers reduziert werden. Durch eine derartige Gewichtsreduktion kann die energetische Amortisationszeit der Anlage, vorzugsweise Windkraftanlage, für die das Planetengetriebe zum Einbau vorgesehen ist, verkürzt werden. Diese Eigenschaft ist vor allem bei Energieerzeugungsanlagen, welche regenerative Energien nutzen, von hoher Wichtigkeit. Ferner kann durch die erste Aussparung das Gewicht der gesamten Anlage derart reduziert werden, dass ein Transport der Gesamtanlage im montierten Zustand zum Aufstellungsort ermöglicht wird. Eine aufwändige und zeitraubende Montage am Aufstellungsort bleibt somit erspart. Ferner kann mittels der als Ringsegmente ausgebildeten Stege durch entsprechende Ausbildung und Anordnung der ersten und/oder zweiten Aussparung am Ringsegment das Verhältnis zwischen Torsionssteifigkeit und Gewicht des Planetenträgers verbessert werden. Aufgrund dessen ist die erste Aussparung an der radial inneren ersten Begrenzungsfläche des Ringsegments ausgebildet, so dass Stegmaterial im Bereich des kleinsten Abstands zur Rotationsachse eingespart wird, da dieses Stegmaterial keinen wesentlichen Beitrag zur Torsionssteifigkeit leistet.
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Vorteilhaft ist es, wenn sich die erste Aussparung von der ersten Begrenzungsfläche ausgehend radial nach außen in das Ringsegment hinein erstreckt. Hierdurch kann vorteilhafterweise im radial inneren Bereich des Planetenträgers Material eingespart werden, wodurch das Gesamtgewicht des Planetenträgers reduziert wird und zugleich die Torsionssteifigkeit auf einem zumindest annähernd gleichen Niveau gehalten wird.
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Um eine hohe Torsionssteifigkeit sicherzustellen, ist es vorteilhaft, wenn die erste Aussparung aus zumindest einer Nut und/oder Vertiefung gebildet ist.
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Besonders viel Gewicht kann eingespart werden, wenn sich die erste Aussparung in Umfangsrichtung über die gesamte Breite und/oder in Axialrichtung über die gesamte Tiefe des Ringsegments erstreckt.
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Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die erste Aussparung in Umfangsrichtung vor zumindest einer der beiden Seitenflächen des Ringsegments endet. Hierdurch ist im Bereich der Seitenfläche eine sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckende Versteifungsrippe ausgebildet. Neben einer ausreichenden Gewichtsersparnis kann mittels der Versteifungsrippe die Torsionssteifigkeit des Ringsegments verbessert werden. Die Versteifungsrippe ist einteilig mit dem Ringsegment ausgebildet. Ferner kann das Ringsegment zusätzlich oder alternativ eine im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckende Versteifungsrippe aufweist. Diese kann beispielsweise die erste Aussparung in Umfangsrichtung in zwei getrennte Bereiche aufteilen. Ebenso kann das Ringsegment neben den im Bereich der Seitenfläche ausgebildeten im Wesentlichen axial erstreckenden Versteifungsrippen zusätzlich oder alternativ zumindest eine zwischen den Seitenflächen angeordnete in Axialrichtung erstreckende Versteifungsrippe aufweisen. Hierdurch kann ein optimaler Kompromiss zwischen Gewichtsersparnis und Torsionssteifigkeit gefunden werden.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die erste Aussparung einen Grund und zumindest eine Seitenflanke aufweist, wobei vorzugsweise der Grund über die Seitenflanke in die Versteifungsrippe übergeht. Vorzugsweise ist die Geometrie der Seitenflanke derart ausgebildet, dass das Ringsegment eine möglichst hohe Torsionssteifigkeit aufweist. Die Seitenflanke kann hierfür senkrecht, schräg, konkav konvex und/ oder als Freiformgeometrie ausgebildet sein und derart in die Versteifungsrippe übergehen.
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Das Gewicht des Ringsegments kann reduziert werden, wenn seine Seitenflächen plan ausgebildet sind und/oder jeweils in Radialrichtung fluchten. Ferner kann hierdurch die Steifigkeit des Ringsegments erhöht werden. Die Seitenflächen des Ringsegments erstrecken sich nicht in die freien Planetenbereiche des Planetenträgers.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist zumindest eines der Ringsegmente zumindest eine zweite Aussparung auf, die an einer radial äußeren zweiten Begrenzungsfläche des Ringsegments ausgebildet ist. Die zweite Aussparung erstreckt sich von der radial äußeren zweiten Begrenzungsfläche ausgehend radial nach innen in das Ringsegment hinein. Hierdurch kann vorteilhafterweise das Gewicht des Planetengetriebes reduziert werden. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die zweite Aussparung derart ausgebildet und/oder derart an der zweiten Begrenzungsfläche angeordnet ist, dass die Torsionssteifigkeit des Planetenträgers bei zu gleicher Materialeinsparung, insbesondere im Drehachsen nahen Bereich, erhalten oder erhöht wird.
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Vorteilhaft ist es, wenn sich die zweite Aussparung in Axialrichtung in zumindest eine der beiden Wangen erstreckt. Vorzugsweise reicht die zweite Aussparung bis zur Stirnseite dieser Wangen. Hierdurch wird das Gewicht des Planetenträgers weiter reduziert werden ohne die Torsionssteifigkeit des Planetenträgers wesentlich zu verschlechtern.
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Die zweiten Aussparungen können gemäß einer anderen bevorzugten Ausführung der Erfindung auch nur an zumindest einer der Wangen, und dort bevorzugt im radial äußeren Bereich der Wange, ausgebildet sein.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die zweite Aussparung keilförmig in Form einer Versteifungssicke ausgebildet ist. Hierdurch kann die Torsionssteifigkeit des Planetenträgers verbessert werden. Der gleiche Effekt ist feststellbar, wenn die zweite Aussparung zusätzlich oder alternativ schräg zur Wange ausgebildet ist. Eine hohe Torsionssteifigkeit kann erzielt werden, wenn die zweite Aussparung in der Seitenansicht winklig zur Wange ausgerichtet ist.
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Die zumindest eine zweite Aussparung kann durch Einrücken der entsprechenden Wange in Richtung der gegenüberliegenden Wange realisiert werden, sodass die Wange außen eine Vertiefung in Form einer Versteifungssicke aufweist, die vorzugsweise im Bereich des Steges angeordnet ist. Dabei kann die Vertiefung in der Wange beispielsweise in einem Gussverfahren bei der Herstellung des Planetenträgers ausgebildet werden. Die Versteifungssicke trägt weiter zur Erhöhung der Torsionssteifigkeit bei.
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Der eingerückte Teil der Wange kann dabei teilweise oder vollständig den entsprechenden Steg zwischen den Wangen bilden.
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Das Verhältnis zwischen Gewicht und Torsionssteifigkeit des Planetenträgers kann ferner dadurch erhöht werden, wenn das Ringsegment mehrere erste und/oder zweite Aussparungen aufweist. Diese sind vorzugsweise voneinander getrennt. Zumindest zwei der ersten und/ oder zwei der zweiten Aussparungen können vorzugsweise zueinander punkt- und/ oder achsensymmetrisch am Ringsegment angeordnet bzw. ausgebildet sein. Vorteilhafterweise sind vorzugsweise zumindest zwei zweite Aussparungen zueinander symmetrisch und/ oder voneinander getrennt am Planetenträger angeordnet. Hierdurch kann vorteilhafterweise ein optimaler Kompromiss zwischen Gewichtsersparnis und Torsionssteifigkeit erreicht werden.
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Ferner wird ein Planetengetriebe, insbesondere für eine Windkraftanlage, vorgeschlagen, die ein zentrales Sonnenrad, ein Hohlrad, welches das Sonnenrad umgibt, einen Planetenträger und Planetenräder aufweist. Die Planetenräder sind radial zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad angeordnet und zwischen zwei gegenüberliegenden Wangen des Planetenträgers in Planetenbereichen gehalten. Der Planententräger ist gemäß der vorherigen Beschreibung ausgebildet, wobei die genannten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Ringsegment im Bereich seiner zweiten Begrenzungsfläche zumindest eine Erhebung aufweisen und/ oder derart erhöht ist, dass die zweite Begrenzungsfläche und/ oder die Erhebung in Radialrichtung über die Wangen des Planetenträgers hinausragt. Hierdurch kann die Torsionssteifigkeit des Planetenträgers zusätzlich verbessert werden.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn der Planetenträger als einstückiges Gussteil ausgebildet ist. Alternativ kann der Planetenträger mittels Sintern oder Schmieden hergestellt sein. Auch kann der Planetenträger, insbesondere die Ringsegmente, mit Versteifungssicken ausgebildet sein.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch ein Planetengetriebe mit einem Planetenträger, der Ringsegmente aufweist,
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2 einen Querschnitt durch ein Ringsegment mit einer ersten Aussparung,
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3 einen Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform eines Ringsegmentes mit einer ersten Aussparung,
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4 einen Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform eines Ringsegmentes mit einer ersten Aussparung, die zwei zueinander versetzte Nuten aufweist,
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5 eine perspektivische Ansicht eines Planetengetriebes im Bereich eines Ringsegments mit einer zweiten Aussparung,
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6 eine perspektivische Ansicht der beiden Wangen des Planetenträgers im Bereich eines Ringsegments jedoch ohne Ringsegment und
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7 eine perspektivische Ansicht der beiden Wangen des Planetenträgers im Bereich eines Ringsegments mit angedeutetem Ringsegment.
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1 zeigt ein Planetengetriebe 1 mit einem zentralen Sonnenrad 2 und einem hier nicht dargestellten Hohlrad, welches das Sonnenrad 2 umgibt. Zwischen dem Sonnenrad 2 und dem Hohlrad sind Planetenräder 3a, 3b, 3c angeordnet, die mit dem Sonnenrad 2 und dem Hohlrad verzahnt ineinander greifen. Die Planetenräder 3a, 3b, 3c sind jeweils mittels eines Lagers 4a, 4b, 4c drehbar in einem Planetenträger 5 gelagert. Die Planetenräder 3a, 3b, 3c sind zwischen zwei gegenüberliegenden Wangen 6a, 6b, die in 5 gezeigt sind, jeweils mittels eines Bolzens 7a, 7b, 7c gehalten. Der Planetenträger 5 weist in Umfangsrichtung voneinander beabstandete freie Planetenbereiche 8a, 8b, 8c auf, in denen die Planetenräder 3a, 3b, 3c angeordnet sind. Die Planetenbereiche 8a, 8b, 8c weisen zueinander in Umfangsrichtung äquidistante Abstände auf. Die Abstände können in anderen Ausführungen im Rahmen der Erfindung jedoch auch unterschiedliche Abstände aufweisen. Gemäß den 1 und 4 sind die beiden gegenüberliegenden Wangen 6a, 6b über Stege 9a, 9b, 9c miteinander verbunden. Die Stege 9a, 9b, 9c sind jeweils zwischen zwei benachbarten freien Planetenbereichen 8a, 8b, 8c ausgebildet. Jeder dieser Stege 9a, 9b, 9c ist als Ringsegment 10 – wobei zur Wahrung der Übersichtlichkeit lediglich eines dieser Ringsegmente 10 mit Bezugszeichen versehen ist – ausgebildet.
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Die Ringsegmente 10 weisen gemäß 1 eine erste und eine zweite Begrenzungsfläche 11, 12 auf. Die erste Begrenzungsfläche 11 ist radial innen und die zweite Begrenzungsfläche 12 radial außen am Ringsegment 10 angeordnet. Sowohl die erste als auch die zweite Begrenzungsfläche 11, 12 sind gekrümmt ausgebildet.
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Seitlich ist das Ringsegment 10 durch zwei Seitenflächen 13a, 13b in Umfangsrichtung begrenzt. Die beiden Seitenflächen 13a, 13b sind zueinander winklig angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel fluchten beide Seitenflächen 13a, 13b in Radialrichtung und bilden im gedanklichen Schnittpunkt einen Segmentwinkel α aus. Alternativ können die beiden Seitenflächen 13a, 13b zueinander auch eine stärkere oder schwächere Neigung aufweisen, so dass der gedankliche Schnittpunkt der beiden Seitenflächen 13a, 13b außerhalb des Zentrums Z liegt und demnach der Segmentwinkel α größer oder kleiner als in der 1 dargestellten fluchtenden Ausführungsform ausgebildet ist. Die Seitenflächen 13a, 13b sind in diesem Ausführungsbeispiel plan ausgebildet und erstrecken sich nicht in den jeweils benachbarten freien Planetenbereich 8a, 8b, 8c. Die Seitenflächen können in anderen Ausführungsbeispielen jedoch auch anders ausgeformt sein und beispielsweise Radien oder Anformschrägen aufweisen, was aus Fertigungsgründen oder zur Erhöhung der Festigkeit vorteilhaft sein kann. Die Seitenflächen grenzen im Wesentlichen unmittelbar an den jeweils benachbarten Planetenbereich 8a, 8b, 8c an.
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Die 2, 3 und 4 zeigen eine Detailansicht alternativer Ausführungsformen des Ringsegments 10 im Querschnitt. Gemäß 2 weist das Ringsegment 10 eine erste Aussparung 14 auf. Diese ist an der radial innen liegenden ersten Begrenzungsfläche 11 ausgebildet. Demnach erstreckt sich die erste Aussparung 14 von der ersten Begrenzungsfläche 11 ausgehend radial nach außen in das Ringsegment 10 hinein. Die erste Aussparung erstreckt sich in Umfangsrichtung über die gesamte Breite des Ringsegments 10. In Axialrichtung erstreckt sich die erste Aussparung 14 maximal zu den in 5 dargestellten Wangen 6a, 6b. Die erste Aussparung 14 kann demnach in Axialrichtung eine geringere Tiefe als das Ringsegment 10 aufweisen. Die erste Aussparung 14 ist vorzugsweise in axialer Richtung mittig im Ringsegment 10 ausgebildet.
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Alternativ kann die erste Aussparung 14 gemäß 3 in Umfangsrichtung begrenzt sein. So endet die erste Aussparung 14 in Umfangsrichtung vor den beiden Seitenflächen 13a, 13b des Ringsegments 10. Das Ringsegment 10 weist somit im Bereich seiner Seitenflächen 13a, 13b jeweils eine Versteifungsrippe 15a, 15b auf. Die Versteifungsrippen 15a, 15b erstrecken sich in Axialrichtung vorzugsweise bis zu den in 5 dargestellten Wangen 6a, 6b des Planetenträgers 5. Die erste Aussparung 14 weist einen Grund 16 auf, der relativ zur ersten Begrenzungsfläche 11 radial weiter außen liegt. An den Grund 16 angrenzend weist die erste Aussparung 14 Seitenflanken 17a, 17b auf. Diese sind als Freiformgeometrie ausgebildet. Die erste Aussparung 14 geht somit vom Grund 16 ausgehend über die Seitenflanken 17a, 17b in die jeweilige Versteifungsrippe 15a, 15b über. Mittels der ersten Aussparung 14 kann das Ringsegment 10 leichter ausgebildet werden, wobei zugleich das Verhältnis zwischen Torsionssteifigkeit und Gewicht des Planetenträgers insbesondere mittels der Versteifungsrippen 15a, 15b verbessert werden kann.
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Die in 4 dargestellte dritte alternative Ausführungsform des Ringsegmentes 10 weist eine in mehrere Bereiche aufgeteilte erste Aussparung 14 auf. Diese Aufteilung erfolgt mittels zweier zueinander versetzter Nuten 20a, 20b, die das Ringsegment 10 im Bereich seiner ersten Begrenzungsfläche 11 aufweist. Die erste Nut 20a ist von ihrer Kontur her im Wesentlichen gemäß der erste Aussparung 14 des in 3 dargestellten Ausführungsbeispiels ausgebildet. Im Unterschied dazu erstreckt sich die Nut 20a jedoch in Axialrichtung des Planetengetriebes 1 über die gesamte Tiefe des Ringsegmentes10. Es grenzt demnach an die in 5 dargestellten Wangen 6a, 6b an. Ferner weist die erste Aussparung 14 eine zusätzliche zweite Nut 20b auf. Diese erstreckt sich in Umfangsrichtung des Planetengetriebes über die gesamte Breite des Ringsegmentes 10. Die erste Nut 20a und die zweite Nut 20b sind zueinander um 90° versetzt. Die zweite Nut 20b erstreckt sich in Axialrichtung nicht über die gesamte Tiefe des Ringsegmentes 10, sondern weist eine geringere Tiefe auf. Die erste Aussparung 14 erstreckt sich somit bereichsweise in Umfangsrichtung über die gesamte Breite und in Axialrichtung über die gesamte Tiefe des Ringsegmentes. Die beiden Nuten 20a, 20b, die die erste Aussparung 14 ausbilden, weisen die gleiche Tiefe auf, so dass die erste Aussparung 14 einen Grund 16 aufweist. Alternativ könnend die Tiefen dieser Nuten 20a, 20b, gemäß einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel, auch unterschiedlich sein, so dass sich die Aussparung bereichsweise unterschiedlich weit in Radialrichtung in das Ringsegment 10 hinein erstreckt.
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Zusätzlich oder alternativ zu der in den 2, 3 und 4 dargestellten ersten Aussparung 14 kann der Planetenträger 5 gemäß 5 eine zweite Aussparung 18a aufweisen. Diese zweite Aussparung 18a ist an der radial außen liegenden zweiten Begrenzungsfläche 12 des Ringsegments 10 ausgebildet. Vorliegend weist der Planetenträger 5 für jedes Ringsegment 10 zwei solcher zweiter Aussparungen 18a, 18b auf. Jede dieser zweiten Aussparung 18a, 18b erstreckt sich in Axialrichtung über einen Teil des Ringsegments 10 in Richtung einer der beiden Wangen 6a, 6b bis zur jeweiligen Stirnseite 19a, 19b der jeweiligen Wange 6a, 6b. Die beiden zweiten Aussparungen 18a, 18b sind voneinander in Axialrichtung beabstandet. Die zweiten Aussparungen 18a, 18b sind keilförmig ausgebildet und schräg zur jeweiligen Wange 6a, 6b am Planetenträger 5 angeordnet.
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In 6 sind die beiden Wangen eines Planetenträgers im Bereich eines Ringsegments dargestellt, zur besseren Übersicht jedoch ohne Ringsegment. 7 zeigt die gleiche Ausführungsform mit durch Strichlinien angedeutetem Steg 9a. Bei dieser Ausführungsform sind die zweiten Aussparungen 18a, 18b durch Einrücken der entsprechenden Wange 6a, 6b in Richtung der gegenüberliegenden Wange 6b, 6a entstanden, sodass jede Wange 6a, 6b außen im Bereich des dazugehörigen Steges 9a eine Versteifungssicke 21a, 21b aufweist. Die Berührungsfläche 22, an der der Steg 9a an die Wange 6a, bzw. an die Versteifungssicke 21a angrenzt ist schraffiert dargestellt. Abhängig von der axialen Abmessung des Steges 9a können bei dieser Ausführungsform die Versteifungssicken 21a, 21b teilweise oder komplett den Steg zwischen den beiden Wangen 6a, 6b bilden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetengetriebe
- 2
- Sonnenrad
- 3
- Planetenrad
- 4
- Lager
- 5
- Planetenträger
- 6
- Wange
- 7
- Bolzen
- 8
- Planetenbereich
- 9
- Steg
- 10
- Ringsegment
- 11
- Erste Begrenzungsfläche
- 12
- Zweite Begrenzungsfläche
- 13
- Seitenfläche
- 14
- Erste Aussparung
- 15
- Versteifungsrippe
- 16
- Grund
- 17
- Seitenflanken
- 18
- Zweite Aussparung
- 19
- Stirnseite
- 20
- Nut
- 21
- Versteifungssicke
- 22
- Berührungsfläche
- α
- Segmentwinkel
- Z
- Zentrum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 60109978 T2 [0002]
- DE 10043564 A1 [0003]
